CN204783814U - 一种低比转速高效管道泵 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种低比转速高效管道泵。包括具有压出室、吸入室、叶轮和泵轴的离心泵，叶轮的直径D为200-250mm，入口角β1为15-20度、出口角β2为20-25度，所述叶片等厚度，厚度δ为4-6mm，所述叶片进水边倒圆角，所述叶片包角φ为140-150度。本实用新型通过采用空间扭曲叶片结构，结合对入口角、出口角及其过渡角结构，叶轮流道进口宽度、出口宽度等结构的设计，显著提高了水泵的工作效率。鉴于水泵的能量损失主要是由于水在流动过程中的水力损失、容积损失和机械损失所导致，本实用新型优化子午流道和叶片的型线，控制叶轮流道内的漩涡损失，减少水泵的水力损失，提高工作效率10％～20％。
Description
技术领域
本实用新型属于一种叶片式流体机械技术领域，尤其属于一种叶片离心水泵，特别涉及一种低比转速高效管道泵。
背景技术
现有低比转速管道泵的叶轮及蜗壳的设计和匹配并不理想，导致管道泵的工作效率较低。对于比转数为40左右的低比转数管道泵，一般设计点的效率在60％左右，较好的水力模型也不超过70％。而且存在最高效率不在设计点附近的问题，这也间接说明很多管道泵在设计时并未针对具体设计流量点重新设计，而是将大流量的水力模型简单修改之后相似转换而来。
目前我国对节能减排非常重视，而管道泵又是使用比较广泛的一类耗能设备，其效率的提高对于节能降耗的意义是巨大的。
发明内容
本实用新型根据现有技术的不足公开了一种低比转速高效管道泵。本实用新型要解决的技术问题是：提供一种可显著提升能量转化效率的低比转速管道泵。
为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案来实现的：
基于三维流线设计理论和CFD技术，采用多变量和多约束的优化设计方法，参考现有的管道泵结构，设计出一种高效、比转数为40左右的管道泵。
一种低比转速高效管道泵，包括具有压出室、吸入室、叶轮和泵轴的离心泵，所述吸入室具有进水口，所述压出室具有无叶扩压室、蜗壳和扩散管，所述吸入室的出口与所述压出室的入口通过狭缝相连通，所述叶轮位于所述压出室内并于面对所述吸入室的轮面上设有叶片，所述蜗壳于对应所述叶轮轴心线位置处开有轴孔，所述泵轴穿套在所述轴孔中并与所述叶轮通过键传动相连，其特征在于：所述叶轮的直径D为200-250mm，入口角β1为15-20度、出口角β2为20-25度，所述叶片等厚度，厚度δ为4-6mm，所述叶片进水边倒圆角，所述叶片包角φ为140-150度。
所述叶片为前段扭曲后段圆弧结构，前段40％为扭曲型；叶片从入口到出口，角度从15-20度渐变大至30-40度，再变小至20-25度。
所述叶轮子午流道进口宽度H至出口宽度h渐进变小，进口宽度H为出口宽度h的1.2-1.3倍。
上述叶轮的进水侧通过螺母将叶轮固定连接在泵轴上；所述叶轮和泵轴间通过连接键驱动连接。所述叶轮的轮盖设置有环状结构的叶轮进水口。叶轮进水口外侧表面设置有叶轮口环。所述泵轴后端表面、于泵轴与轴孔间设置有密封环。
本实用新型在流体及动力机械教育部重点实验室“流体机械开式试验台”上进行试验验证，验证结果表明，在设计流量和设计转速下，管道泵装置效率可达81％左右。
本实用新型管道泵工作原理如下：启动前通过其他注水装置向水泵内灌液，然后电动机驱动泵轴旋转，泵轴通过连接键与叶轮连接，从而驱动叶轮旋转，水通过吸入室的进水口进入叶轮，叶轮通过旋转对水做功，推动水流动，并使水压升高，高速流动的水通过叶轮出口进入压出室，在无叶扩压室和蜗壳内将水的部分动能转化为压力能，最后从出水口流出。
本实用新型有益效果是：相比现有技术，本实用新型通过采用空间扭曲叶片结构，结合对入口角、出口角及其过渡角结构，叶轮流道进口宽度、出口宽度等结构的设计，显著提高了水泵的工作效率。鉴于水泵的能量损失主要是由于水在流动过程中的水力损失、容积损失和机械损失所导致，本专利采用了空间扭曲叶片的设计方法，并优化子午流道和叶片的型线，控制叶轮流道内的漩涡损失，减少水泵的水力损失，提高工作效率10％～20％。
附图说明
图1是本实用新型管道泵横截面结构示意图；
图2是本实用新型管道泵叶轮立体结构示意图；
图3是本实用新型管道泵叶片平面结构布置示意图；
图4是本实用新型管道泵叶片立体结构示意图；
图5是本实用新型蜗壳结构示意图；
图6是试验效率--流量曲线；
图7是试验扬程--流量曲线。
图中，1是蜗壳，2是进水口，3是叶轮，4是泵轴，5是扩散管，6是密封环，7是叶片，8是叶轮口环，9是螺母，10是叶轮进水口。
具体实施方式
下面通过实施例对本实用新型进行具体的描述，实施例只用于对本实用新型进行进一步的说明，不能理解为对本实用新型保护范围的限制，本领域的技术人员根据上述本实用新型的内容作出的一些非本质的改进和调整也属于本实用新型保护的范围。
结合图1至图7。
低比转速高效管道泵，包括具有压出室、吸入室、叶轮3和泵轴4的离心泵，吸入室具有进水口2，压出室具有无叶扩压室、蜗壳1和扩散管5，吸入室的出口与所述压出室的入口通过狭缝相连通，叶轮3位于所述压出室内并于面对所述吸入室的轮面上设有叶片7，蜗壳1于对应所述叶轮3轴心线位置处开有轴孔，泵轴4穿套在轴孔中并与叶轮3通过键传动相连，本实用新型叶轮的直径D为200-250mm，入口角β1为15-20度、出口角β2为20-25度，所述叶片等厚度，厚度δ为4-6mm，所述叶片进水边倒圆角，所述叶片包角φ为140-150度。
如图所示，叶片3为前段扭曲后段圆弧结构，前段40％为扭曲型；叶片从入口到出口，角度从入口角β1为15-20度渐变大至30-40度，再变小至出口角β2为20-25度。
叶轮7子午流道进口宽度H至出口宽度h渐进变小，叶轮进口宽度H为出口宽度h的1.2-1.3倍。
叶轮7的进水侧通过螺母9将叶轮7固定连接在泵轴4上；叶轮7和泵轴4间通过连接键驱动连接。
叶轮7的轮盖设置有环状结构的叶轮进水口10。
叶轮进水口10外侧表面设置有叶轮口环8。
泵轴4后端表面、于泵轴4与轴孔间设置有密封环6。
结合图1，图1是本实用新型管道泵横截面结构示意图；本实用新型低比转速高效管道泵，包括具有压出室、吸入室、叶轮3和泵轴4的离心泵，吸入室具有进水口2，压出室具有无叶扩压室、蜗壳1和扩散管5，吸入室的出口与所述压出室的入口通过狭缝相连通，叶轮3位于所述压出室内并于面对所述吸入室的轮面上设有叶片7，蜗壳1于对应所述叶轮3轴心线位置处开有轴孔，泵轴4穿套在轴孔中并与叶轮3通过键传动相连，本实用新型叶轮的直径D为200-250mm，入口角β1为15-20度、出口角β2为20-25度，所述叶片等厚度，厚度δ为4-6mm，所述叶片进水边倒圆角，所述叶片包角φ为140-150度。吸入室和压出室整体铸造在一起，形成泵壳1。
图2是本实用新型管道泵叶轮立体结构示意图；图中螺母9与泵轴4端部的螺纹固定并与叶轮3的入口外环形成环形的叶轮进水口10。
图3是本实用新型管道泵叶片平面结构布置示意图；图4是本实用新型管道泵叶片立体结构示意图；图中表示了叶轮3的叶片7结构，如图所示，叶片7布置形成的各夹角如上所述，叶片7为前段扭曲后段圆弧结构，前段40％为扭曲型；叶片7从入口到出口，角度从15-20度渐变大至30-40度，再变小至20-25度。
图5是本实用新型蜗壳结构示意图；图中表示的是无叶扩压室结构，包括末端的扩散管，圆环结构的无叶扩压室和扩压室外周截面面积逐渐增加的蜗壳。
本实用新型装置在流体及动力机械教育部重点实验室“流体机械开式试验台”上进行试验验证，验证结果如下：换算到设计转速下，管道泵装置效率可达81％左右。
验证实验中设计流量、设计转速和叶轮直径D1与ISG65-200型管道泵均相同，将试验结果与ISG65-200型管道泵的性能曲线进行对比，如下表1和表2及图6、图7所示，在相同流量下本实用新型高效管道泵的扬程和效率均高于ISG65-200型管道泵，在设计流量点附近，本实用新型高效管道泵比ISG65-200型管道泵效率提高了23％。
图6是试验效率--流量曲线；横坐标是流量(Q)，单位m3/h,纵坐标是效率(η)，单位％；图中A是ISG65-200型管道泵实验检测数据，B是本实用新型高效管道泵数据。
图7是试验扬程--流量曲线；横坐标是流量(Q)，单位m3/h,纵坐标是扬程(H)，单位m；图中A是ISG65-200型管道泵实验检测数据，B是本实用新型高效管道泵数据。
Claims (7)
1.一种低比转速高效管道泵，包括具有压出室、吸入室、叶轮和泵轴的离心泵，所述吸入室具有进水口，所述压出室具有无叶扩压室、蜗壳和扩散管，所述吸入室的出口与所述压出室的入口通过狭缝相连通，所述叶轮位于所述压出室内并于面对所述吸入室的轮面上设有叶片，所述蜗壳于对应所述叶轮轴心线位置处开有轴孔，所述泵轴穿套在所述轴孔中并与所述叶轮通过键传动相连，其特征在于：所述叶轮的直径D为200-250mm，入口角β1为15-20度、出口角β2为20-25度，所述叶片等厚度，厚度δ为4-6mm，所述叶片进水边倒圆角，所述叶片包角φ为140-150度。
2.根据权利要求1所述的低比转速高效管道泵，其特征在于：所述叶片为前段扭曲后段圆弧结构，前段40％为扭曲型；叶片从入口到出口，角度从15-20度渐变大至30-40度，再变小至20-25度。
3.根据权利要求1所述的低比转速高效管道泵，其特征在于：所述叶轮子午流道进口宽度H至出口宽度h渐进变小，叶轮进口宽度H为出口宽度h的1.2-1.3倍。
4.根据权利要求1或2或3所述的低比转速高效管道泵，其特征在于：所述叶轮的进水侧通过螺母将叶轮固定连接在泵轴上；所述叶轮和泵轴间通过连接键驱动连接。
5.根据权利要求4所述的低比转速高效管道泵，其特征在于：所述叶轮轮盖有环状结构的叶轮进水口。
6.根据权利要求5所述的低比转速高效管道泵，其特征在于：所述叶轮进水口外侧表面设置有叶轮口环。
7.根据权利要求4所述的低比转速高效管道泵，其特征在于：所述泵轴后端表面、于泵轴与轴孔间设置有密封环。
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| CN201520399012.6U CN204783814U (zh) | 2015-06-10 | 2015-06-10 | 一种低比转速高效管道泵 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109578323A (zh) * | 2018-11-07 | 2019-04-05 | 安徽工程大学 | 一种离心泵叶轮叶片包角的设计方法 |
| CN111720348A (zh) * | 2020-06-18 | 2020-09-29 | 八环科技集团股份有限公司 | 一种呼吸机专用的涡轮风机及叶轮加工工艺 |
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2015
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